流型频繁切换下科氏质量流量计驱动特性研究

在科氏质量流量计测量过程中,流量管振动幅值的控制很重要。当单相流与气液两相流频繁切换的情况发生时,使用当前的控制方法流量管会出现振动幅值大幅衰减和超调的问题。为此,设计了一套实验方案,进行实验,分析了出现该问题的原因。针对该问题,提出变驱动周期的方法和变积分限幅值的方法,在所研制的数字式科氏质量流量变送器上实时实现,并进行实验验证。实验结果表明,变驱动周期的方法有效地降低了单相流切换到气液两相流时流量管振动幅值衰减的程度,变积分限幅值的方法很好地解决了气液两相流切换到单相流时流量管振动幅值大幅超调的问题。     

数字信号处理技术在科氏质量流量计中的应用

科氏质量流量计是目前应用范围最广、发展速度最快的流量计之一。数字信号处理技术是科氏质量流量计的核心技术,直接决定其测量精度、测量稳定性等性能指标;而流量传感器输出信号的数学模型是信号处理的依据和基础。国内外学者提出了多种信号处理方法,但是,没有根据不同的信号模型和不同的应用场合对各种信号处理方法进行比较和评价。为此,根据不同数字信号处理方法的特征量提取原理,分析了其具有的优缺点。针对科氏质量流量计单相流、批料流与气液两相流测量这3种典型应用场合中存在的关键技术问题,依据随机游动信号模型、突变信号模型和自回归滑动平均(ARMA)信号模型,分别从计算精度、响应速度、收敛性、抗干扰能力和对参数变化的敏感度等方面,对不同信号处理方法进行考核和对比,确定了3种典型应用场合下,解决关键技术问题,性能最佳的数字信号处理方法。     

气液两相流下微弯型科氏质量流量计信号建模

相比于普通的U型和Δ型科氏质量流量计,微弯型科氏质量流量计具有更高的频率和更小的相位差,测量气-液两相流时误差更大。为了揭示气液两相流测量误差的特性,针对微弯型科氏质量流量传感器输出信号的实验数据,采用数字过零检测方法提取流量序列。用概率密度分析流量序列的分布规律,再通过相关分析得到流量序列的数学模型,并验证模型的准确性。该数学模型由稳定分量和波动分量组成。稳定分量对应于气液两相流下流量实际测量的均值,其与真实值之间的偏差反映了气液两相流的测量误差;波动分量反映了瞬时流量测量的稳定性。     

用于振幅控制的科氏流量管模型的实验识别

科里奥利质量流量计由一次仪表和二次仪表组成。为使二次仪表更好地控制流量管振动幅值,需知道流量管振动系统的数学模型。采用机理分析与实验研究相结合的方法,建立流量管振动系统的数学模型。首先通过机理分析,构建流量管振动系统的二阶模型框架;再采用有限长度的正弦波激励流量管,根据速度传感器输出的自由衰减振荡信号、稳态下的激励信号幅值和输出信号幅值确定模型参数。建立单相流工况和气液两相流工况下的流量管振动系统数学模型,分析模型的差异,为流量管振动幅值的控制奠定基础。     

面向不同应用的两种科氏质量流量计信号处理方法

为了在实际应用中最大限度地提高科氏质量流量计的测量性能,对实际应用中效果较好的两种信号处理方法进行性能比较研究。首先分析其测量原理,然后结合不同类型的科氏质量流量管、不同的驱动方法和不同的测量需求,对这两种信号处理方法从测量精度、运算量、资源占用、动态响应速度和实际中与不同驱动方法配合等方面进行分析和对比。进行不同应用场合下的实验,实验结果表明,离散时间傅里叶变换(DTFT)算法适合配频率不高(~100 Hz)的大弯管型流量管进行平稳单相流测量;适合响应速度要求较高的批料流测量场合。过零检测算法适合配频率高(200 Hz)的微弯型流量管进行平稳单相流测量;适合气液两相流的测量场合。     

科氏质量流量计差分驱动方式研究与实验

在气液两相流发生时,基于单端驱动方式的科氏质量流量变送器的驱动能量不足,从而导致流量管的振动幅值很低,流量计测量误差大,甚至无法正常工作。为此,分析单端驱动方式下变送器的驱动能力和可以提升的空间。提出差分驱动方式,增强驱动能量,且满足本质安全的要求。研制实现电路,应用于科氏质量流量变送器,分别进行气液两相流下驱动能量的对比实验和单相水流量标定实验。实验结果表明,差分驱动方式在相同流量和含气量情况下,使流量管的振动幅值几乎提升1倍;在单相水流量情况下,测量精度依然可以达到0.1级,稳定性好。     

CNG加气机中科氏质量流量计信号处理方法

为了将国产科氏质量流量计应用于压缩天然气(CNG)加气机,针对CNG加气机实际应用中流量计量的特点,建立科氏质量流量传感器加气过程的信号模型。根据此模型分析已有的数字信号处理(DSP)算法产生误差的原因,并从动态响应速度的角度出发对算法进行改进,以适用于加气机测量的需要。在研制的基于DSP的科氏质量流量变送器上,实时实现算法,并进行水流量标定实验和加气机标定实验。实验结果表明,所研究的方法具有较快的动态响应速度和较高的测量精度。